[发明专利]制备浓度为50-77.8重量%的硝酸的方法

说明书

本发明涉及制备浓度为50-77.8重量％的硝酸的方法。

在工业规模上硝酸仅通过Ostwald在上世纪之交开发的催化气相氧化 氨制备。在该方法中，在一般由铂或铂铑合金组成的催化剂网上使气体氨 与空气一起燃烧。调节氨与空气的数量比，从而存在相对于氨化学计算过 量的氧气。

氨燃烧获得包含一氧化氮(下文将其缩写为NO)以及过量氧气(下文将 其缩写为O₂)的气体混合物。冷却来自催化气相氧化氨的包含NO和O₂的 反应混合物，其中发生部分冷凝，在平衡反应中过量O₂进一步氧化NO获 得二氧化氮(下文将其称作NO₂)，二氧化氮二聚获得四氧化二氮(下文将其 称N₂O₄)。由此获得硝酸水溶液和包含NO₂/N₂O₄的气体料流，其中气体料 流一般比水溶液料流多5-6倍。将气体料流供应到使用水的逆流吸收中， 其中N₂O₄(其活性物质)形式的NO₂反应形成硝酸。该反应放热，且高压和 低温促进该反应。

大部分用于制备硝酸的工业设备以双压力法运行(参见Ullmann工业 化学百科全书(Ullmann′s Encyclopedia of Industrial Chemistry)，2006年 电子版，第7版，“硝酸、亚硝酸和氮氧化物”)，其中氨在较低压力(通常 为约5巴)下与空气一起燃烧，因为该反应的产率随升高的压力而降低。用 生产用水逆流吸收NO₂/N₂O₄在与氨燃烧相比升高的压力(通常为约4-20巴) 下和通常具有冷却筛板的塔中进行。

在上述工艺步骤中，形成或引入水，从而限制可获得的硝酸最大浓度。

就1吨68重量％的硝酸而言，水来自以下来源：

54kg来自于25℃和空气湿度为80％的生产用空气，对应于17％，

205kg反应生成的水，对应于64％，和

61kg在吸收塔中使用过的生产用水，对应于19％。

近来，要求用于制备工业规模产品，尤其是用于制备聚氨酯的二异氰 酸酯甲苯二异氰酸酯(TDI)和亚甲基二苯基二异氰酸酯(MDI)的中等浓度 硝酸(在为约68重量％硝酸水溶液的共沸组成范围内)。将具有共沸组成浓 度的硝酸称作共沸硝酸。

在通过氨氧化制备硝酸的方法的上述水平衡中，通过反应生成的水化 学计量确定水的输入，因此不能影响水的输入。化学计算极限浓度为77.8 重量％的硝酸。考虑到燃烧室效率和通过次级反应(燃烧为氮气和一氧化二 氮)额外输入的水，可获得的极限浓度为约76.6％。

可通过生产用水控制水的输入，但因为经济和环境原因，为了吸收塔 稳定操作和使氮氧化物(下文将其称作NO_x)通过吸收塔尾气损失最小(通常 为约20-500ppm)，需要一定程度最少地输入生产用水。

一般将氮氧化物(NO_x)理解为指包含NO、NO₂、N₂O₄以及具有不同化 学计量的其它N-O化合物的混合物。

通过生产用空气的蒸汽含量将水输入工艺中取决于条件设备所在地的 气候条件。可通过预干燥降低生产用空气的蒸汽含量。

WO 01/68520提出了此类方法。根据所述方法，在供应给硝酸设备之 前通过冷却预干燥生产用空气，其中通过将温度降低至露点以下使水蒸气 冷凝，然后再次加热预干燥过的生产用空气，并将其输送到氨氧化中。该 方法的不足之处在于所述方法复杂，尤其是冷却和再加热生产用空气需要 额外装置，相应地增加了投入和操作成本。

相应地，本发明解决的问题在于建立制备浓度为约50-77.8重量％(在 与水的共沸组成范围内)的硝酸的方法，所述方法可在工业上以简单方式实 施，且没有上述具体缺点。

所述技术方案在于一种制备浓度50-77.8重量％的硝酸的方法，所述方 法包括以下步骤：

-用过化学计量比例的生产用空气催化气相氧化氨获得包含NO和O₂的 气体混合物，